一种超材料空馈天线制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种超材料空馈天线，包括馈源喇叭、及双层反射阵列结构，双层反射阵列结构包括多个双层反射阵列单元；每个双层反射阵列单元均包括上层介质基板、下层介质基板及位于二者之间的玻璃层；上层介质基板与下层介质基板上分别设置有第一金属贴片与第二金属贴片，第一金属贴片单元包括第一中心金属贴片，以及四个第一边缘金属贴片；第二金属贴片单元包括第二中心金属贴片，以及四个第二边缘金属贴片，第一中心金属贴片与第二中心金属贴片的形状均为六芒星状。本实用新型专利技术能够做到小型化、易集成，无复杂的馈电和功分网络，损耗较小，可以进行共形设计，剖面低、可工作于整个X波段，能够对全空域进行扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种超材料空馈天线
本技术涉及一种空馈天线，尤其涉及一种超材料空馈天线，属于电子通信领域。
技术介绍
天线是辐射和接收电磁波的传感器，是雷达系统中不可缺少的重要组成部分，传统扫描雷达的天线扫描方式是机械扫描方式，利用整个天线系统或某一部分的机械运动来使波束扫过一定的区域，获取信息。然而随着现代雷达、卫星通信和航天技术的飞速发展，以及各种高速飞行器，如洲际导弹和人造卫星的出现，对雷达系统提出了更高的要求，要求天线波束能灵活捷变，并缩短反应时间，提高跟踪精度，所以人们对于高增益、可重构、多复用天线的需求越来越高。平面反射阵列天线结合了抛物面天线与微带天线的特点，将传统的抛物面天线的反射面换成了平面阵列，所以称为平面反射阵列天线也称Flaps天线(FlatParabolicSurfaceantenna)。平面反射阵列天线相比于传统的抛物面天线和相阵天线有很多的优点，如无复杂的馈电和功分网络，损耗较小，可以进行共形设计，剖面低、质量轻、加工简单、成本低等。Flaps天线由许多反射阵列单元构成周期阵列，在馈源喇叭的照射下，通过调节阵面上每个反射阵列单元的反射相位，使反射波束在特定的方向上实现同相相加，形成高增益的波束。平面反射阵列天线是依靠反射阵列单元来进行相位修正的，目前在国内外用于调节反射相位的单元形式主要有尺寸型、旋转型和枝节型三种。尺寸型单元是通过改变贴片单元尺寸的大小来实现相位修正；旋转型反射阵列单元主要是应用于圆极化天线的设计，调整每个反射阵列单元的旋转角度，从而来补偿每个单元对中心单元反射波束的相移量；枝节型的反射阵列天线，是通过改变反射阵列单元末端加载的传输线的枝节长度来修正每个单元的相移量。尺寸型结构的设计制作方便简单，仿真分析相比较于其他两种也较为简便，主要是依靠反射阵列单元来调节反射相位，所以相移曲线的线性度和相位补偿的覆盖范围是影响Flaps天线设计成功的关键因素。但是传统的单层反射阵列单元的相移曲线范围窄且曲线的线性度低，对于这类问题，传统的方式是通过改变反射阵列单元的结构参数使相移曲线满足设计要求，但需要大量仿真计算，Encinar等人曾提出采用叠层的方式弥补上述缺点，但是增加了成本和制作的难度，并且设计工序的增加也难免会引入人为误差。综上所述，如何提供一种超材料的空馈天线，通过尺寸型结构设计，可快速地组成所需要的反射阵列，并最终实现反射波束的空间任意方向动态扫描，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术是一种新型的反射阵列单元，通过在反射阵列单元的上方加玻璃介质的方式，增加了单元的厚度使相移曲线的线性度改善，但是因为玻璃的介电常数较介质基板的介电常数大，所以在增加单元厚度的同时其相移曲线的覆盖范围没有缩小反而扩大。本文的目的在于通过巧妙地设计，可以使按照传统方法设计的不满足要求的反射阵列单元，能够改变成相移曲线线性度良好，相位补偿的范围完全覆盖0~360º的反射阵列单元，为单元的设计提供一种普适应性的技术。本技术的技术解决方案是：一种超材料空馈天线，包括馈源喇叭、及双层反射阵列结构，所述馈源喇叭位于所述双层反射阵列结构的上方，所述双层反射阵列结构包括多个双层反射阵列单元；每个所述双层反射阵列单元均包括上层介质基板、下层介质基板及位于二者之间的玻璃层，且上层介质基板与下层介质基板均与玻璃层相触接；上层介质基板与下层介质基板上分别设置有第一金属贴片与第二金属贴片，所述第一金属贴片单元包括第一中心金属贴片，以及位于第一中心金属贴片四周的四个第一边缘金属贴片；所述第二金属贴片单元包括第二中心金属贴片，以及位于第二中心金属贴片四周的四个第二边缘金属贴片，其中，所述第一中心金属贴片与第二中心金属贴片的形状均为六芒星状。优选地，所述第一中心金属贴片与所述第二中心金属贴片在水平面上的投影完全重合。优选地，所述第一边缘金属贴片的顶点到第一中心金属贴片的中心的距离小于第二边缘金属贴片的顶点到第二中心金属贴片的中心的距离。优选地，所述第一中心金属贴片的中心与所述第二中心金属贴片的中心相重合，并以第一中心金属贴片或第二中心金属贴片的中心为坐标原点，以水平方向所在直线为y轴，以竖直方向所在直线为x轴，以垂直于x轴与y轴所在的平面为z轴，第一中心金属贴片或第二中心金属贴片的其中两个顶点在x轴上，且坐标分别为（-a/2,0）与（a/2,0）。优选地，所述第一金属贴片与所述第二金属贴片的尺寸大小均通过所述参数a改变。优选地，所述馈源喇叭位于所述上层介质基板一侧边中点位置的上方且所述馈源喇叭与所述z轴的夹角为10°，所述馈源喇叭到上层介质基板一侧边中点的距离为360mm。优选地，所述上层介质基板与所述下层介质基板的材料均为FR4_epoxy，介电常数均为4.4F/m，磁导率均为1H/m；所述玻璃层的介电常数为5.5F/m。优选地，所述上层介质基板、所述下层介质基板与所述玻璃层均为边长为12mm、厚度为1mm的正方体。优选地，所述双层反射阵列结构包括900个双层反射阵列单元，且所述双层反射阵列结构为边长为360mm、厚度为3mm的正方体。优选地，所述馈源喇叭工作在X波段，且工作频率为11GHz。本技术提供了一种超材料空馈天线，与现有技术相比，其优点主要体现在以下几个方面：(1)本技术是一种基于双层“六芒星”结构的超材料空馈天线，可通过控制第一金属贴片与第二金属贴片的尺寸大小来实现相位补偿；在馈源喇叭的照射下，每个双层反射阵列单元均可以通过修正相位延迟来补偿馈源照射阵列的空间相位差，从而使得双层反射阵列结构在某一个远场方向上获得等相位面，实现同相相加，由此得到该方向上的辐射波束。（2）本技术设计简化，采用双层的结构，相比于传统的双层反射阵列单元，本技术在上层介质基板与下层介质基板之间设置有玻璃层，形成平面反射阵列天线，能够做到小型化、易集成，无复杂的馈电和功分网络，损耗较小，可以进行共形设计，剖面低、质量轻、加工简单成本低，经过合理设计，可工作于整个X波段，能够对全空域进行扫描。以下便结合实施例附图，对本技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1a为本技术的双层反射阵列结构的系统结构图；图1b为本技术的双层反射阵列单元的结构示意图图2为本技术中双层反射阵列单元的第一金属贴片的放大结构图；图3为本技术的双层反射阵列单元的平面图；图4a为本技术在11GHz频率的波束指向15°的尺寸分布图；图4b为本技术在11GHz频率的波束指向20°的尺寸分布图；图4c为本技术在11GHz频率的波束指向25°的尺寸分布图；图5a为本技术在同频段内最大波束指向15°的波束方向图；图5b为本技术在同频段内最大波束指向20°的波束方向图；图5c为本技术在同频段内最大波束指向25°的波束方向图。其中，1－上层介质基板，2－下层介质基板，3－玻璃层，4－第一中心金属贴片，5－第二中心金属贴片，6－第一边缘金属贴片，7－第二边缘金属贴片，8－馈源喇叭，9－第一边缘金属贴片顶点，10－第二边缘金属贴片顶点，11－中心，12－双层反射阵列结构。具体实施方式一种超材料空馈天线，包括馈源喇叭8、及双层反射阵列结构12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超材料空馈天线，其特征在于：包括馈源喇叭、及双层反射阵列结构，所述馈源喇叭位于所述双层反射阵列结构的上方，所述双层反射阵列结构包括多个双层反射阵列单元；每个所述双层反射阵列单元均包括上层介质基板、下层介质基板及位于二者之间的玻璃层，且上层介质基板与下层介质基板均与玻璃层相触接；上层介质基板与下层介质基板上分别设置有第一金属贴片与第二金属贴片，所述第一金属贴片包括第一中心金属贴片，以及位于第一中心金属贴片四周的四个第一边缘金属贴片；所述第二金属贴片包括第二中心金属贴片，以及位于第二中心金属贴片四周的四个第二边缘金属贴片，其中，所述第一中心金属贴片与第二中心金属贴片的形状均为六芒星状。

【技术特征摘要】
1.一种超材料空馈天线，其特征在于：包括馈源喇叭、及双层反射阵列结构，所述馈源喇叭位于所述双层反射阵列结构的上方，所述双层反射阵列结构包括多个双层反射阵列单元；每个所述双层反射阵列单元均包括上层介质基板、下层介质基板及位于二者之间的玻璃层，且上层介质基板与下层介质基板均与玻璃层相触接；上层介质基板与下层介质基板上分别设置有第一金属贴片与第二金属贴片，所述第一金属贴片包括第一中心金属贴片，以及位于第一中心金属贴片四周的四个第一边缘金属贴片；所述第二金属贴片包括第二中心金属贴片，以及位于第二中心金属贴片四周的四个第二边缘金属贴片，其中，所述第一中心金属贴片与第二中心金属贴片的形状均为六芒星状。2.根据权利要求1所述的一种超材料空馈天线，其特征在于：所述第一中心金属贴片与所述第二中心金属贴片在水平面上的投影完全重合。3.根据权利要求1所述的一种超材料空馈天线，其特征在于：所述第一边缘金属贴片的顶点到第一中心金属贴片的中心的距离小于第二边缘金属贴片的顶点到第二中心金属贴片的中心的距离。4.根据权利要求1所述的一种超材料空馈天线，其特征在于：所述第一中心金属贴片的中心与所述第二中心金属贴片的中心相重合，并以第一中心金属贴片或第二中心金属贴片的中心为坐标原点，以水平方向所在直线为y轴，以竖直方向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：章海锋，郑钰骐，杜娟，秦渝，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32